Ammortizzatori per la regolazione attiva delle sospensioni

Tecnica e aggiornamenti

Ammortizzatori per la regolazione attiva delle sospensioni

12 ottobre 2018 upsa-agvs.ch – Per risolvere i conflitti tra sicurezza di guida e comfort, da diversi anni vengono impiegati dei sistemi attivi di sospensione con ammortizzatori variabili. Quelli CDC di quarta generazione sono ormai presenti in quasi ogni vettura, persino nelle compatte e nelle auto di media cilindrata. Un articolo di Andreas Schranz, auto & wissen.


Immagine 1: CDC1XL di ZF – ammortizzatori variabili solo per l’asse posteriore.

Una buona risposta alle oscillazioni del veicolo presuppone un’interazione perfetta tra le masse sospese e quelle non sospese, gli pneumatici, le molle e gli ammortizzatori.
Le molle trasformano i sobbalzi prodotti dal fondo stradale in oscillazioni. Gli ammortizzatori smorzano poi quelle del sistema molla-massa convertendo l’energia del movimento in calore.

Nello svolgere questo compito, gli ammortizzatori hanno in genere un comportamento molto più morbido in compressione che in estensione (immagine 2). Nel risollevarsi, l’ammortizzatore in estensione deve anche imbrigliare l’energia sprigionata dalle molle precaricate. Questo articolo presenta a grandi tratti i cosiddetti ammortizzatori CDC («Continuous Damping Control»). L’azienda ZF-Sachs, che ne ha coniato il nome, non è l’unica a produrli.

Le case automobilistiche utilizzano le denominazioni più diverse per i loro CDC: VW, ad esempio, ha chiamato il suo sistema «DCC», BMW «EDC» e Opel «IDSPLUS». E come se non bastasse, gli EDC di BMW possono montare, a seconda del modello, ammortizzatori CDC di diversi fornitori con valvole dalle funzioni più diverse.

Senza connessione
Dal 2014 ZF-Sach offre una soluzione economica con solo due ammortizzatori CDC non connessi alla periferia del veicolo (sensori, dispositivi di controllo o sistemi bus). Gli ammortizzatori rappresentati nell’immagine 1 sono stati sviluppati appositamente per le compatte, i piccoli furgoni, le station wagon, i veicoli commerciali e per gli assi intermedi degli autobus snodati. Quando il veicolo viene caricato, aumenta la massa sospesa che grava sull’asse posteriore. A questo punto le molle progressive a spirale o pneumatiche reagiscono al peso con una precarica più elevata.

Di conseguenza, anche il comportamento degli ammortizzatori deve seguire una curva caratteristica molto più rigida. In questo modo le oscillazioni possono essere smorzate in modo ottimale, garantendo la sicurezza di guida. Oltre a questo aspetto e all’ottimizzazione dell’ammortizzazione delle ruote, la regolazione dei CDC garantisce anche un maggior comfort.
 
Regolazione in tempo reale
Quando si parla di maggior sicurezza di guida significa che l’assetto più rigido degli ammortizzatori riduce notevolmente l’imbardata e il beccheggio in curva, accelerazione, frenata e al cambio di corsia. Grazie alla compressione più dura, il veicolo beneficia ad esempio di maggior sostegno quando morde il lato esterno delle curve. Quando si aumenta la rigidità degli ammortizzatori in presenza di carichi come nel caso della tecnologia Nivomat e Vario (ammortizzatori a due livelli), il comfort diminuisce – e su una strada senza asperità gli ammortizzatori potrebbero avere un comportamento morbido anche quando il veicolo trasporta pesi.

In questi casi, la regolazione in tempo reale dei CDC crea un compromesso tra sicurezza e comfort di guida. In autostrada, l’assetto di questi ammortizzatori può essere reso persino più morbido rispetto a quelli convenzionali, garantendo un maggior agio ai passeggeri, e diventare più rigido in caso di cambio di corsia o di asperità del fondo, assicurando così un più alto livello di sicurezza (immagine 2).

Immagine 2: Variazioni del comportamento degli ammortizzatori CDC in pressione ed estensione nel confronto con la curva caratteristica fissa degli ammortizzatori convenzionali.​

Agganciato al cielo
Con quattro ammortizzatori CDC si può attuare un sistema di controllo Skyhook. Il suo compito è far sì che l’altezza del veicolo resti possibilmente costante rispetto a un punto fisso, come se la carrozzeria fosse «agganciata al cielo» (Skyhook) – e ciò a prescindere da carico, guida e condizioni della strada.

Gli ammortizzatori smorzano subito qualsiasi movimento rispetto alla posizione mediana. A questo scopo, vengono installati dei sensori di accelerazione su una ruota, più precisamente sull’ammortizzatore (di solito solo sull’asse anteriore) e sulla carrozzeria. Il sistema CDC di quarta generazione non prevede l’impiego di sensori esterni di accelerazione sulla carrozzeria. Grazie alla connessione (cluster di sensori) mediante il sistema bus del veicolo, tutti i dati sui movimenti della carrozzeria rilevanti per l’ammortizzazione vengono raccolti direttamente dai sensori presenti nel veicolo.




Immagine 3: Sospensioni «DDC Plug & Play Sport» di KW con valvole proporzionali esterne.



Modalità normale, sportiva e comfort
Il guidatore può selezionare due o tre livelli di rigidità degli ammortizzatori azionando un interruttore. Gli assetti sono normale, sportivo e comfort.

Selezionando il secondo, gli ammortizzatori si adattano ai giri su piste nel tempo libero. Qui va ricordato che nei test effettuati da famose riviste auto i piloti hanno notato che, in modalità sportiva, i dischi intervertebrali vengono sollecitati di più ma che i tempi di percorrenza del circuito di prova diminuiscono con la taratura definita più morbida.
Oggi, l’attivazione dell’assetto sportivo è legata a variazioni del comportamento del motore, del pedale acceleratore elettronico e della distribuzione della potenza. A chi volesse aumentare sensibilmente la sportività delle sospensioni di un veicolo dotato di CDC, KW Suspensions offre il sistema «DDC Plug & Play» (immagine 3) per la VW Scirocco, la VW Golf VI, la VW Passat e la BMW Serie 3.

Questa modifica consente di sfruttare appieno le componenti elettroniche dei CDC – con tutti i vantaggi delle sospensioni con molle a spirale e con degli ammortizzatori sportivi adatti a un comportamento più rigido.





Immagine 4: Rappresentazione grafica di un ammortizzatore CDC a due tubi con valvola proporzionale interna (A CDC-i) ed esterna (B CDC-e); 1) cilindro di lavoro, 2) valvola di fondo, 3) valvola proporzionale bypass, 4) valvola proporzionale Uniflow, 5) valvola limitatrice opzionale, 6) camera di compensazione schematizzata.​



Regolazione tramite valvola proporzionale
I CDC si distinguono dagli ammortizzatori convenzionali non solo per la presenza delle valvole proporzionali. La differenza principale risiede infatti nelle valvole degli ammortizzatori. Nei CDC-e esterni, ad esempio, esse sono fondamentalmente delle valvole antiritorno (immagine 4/B).

L’ammortizzazione vera e propria viene garantita dalla valvola proporzionale Uniflow (immagine 4/4). La valvola antiritorno per il ciclo di compressione si trova nel cilindro di lavoro (immagine 4/1) mentre la «valvola di fondo» (immagine 4/2) monta quella antiritorno per il ciclo di estensione.

La valvola limitatrice opzionale (immagine 4/5) impedisce i picchi di pressione nella camera di compensazione dell’ammortizzatore. La rappresentazione schematica del CDC-e non rende onore alla complessità del sistema. Nella realtà, il condotto evidenziato in blu è una camera anulare sita tra quella di lavoro e quella di compensazione. Nella valvola proporzionale del CDC-e il fluido idraulico scorre sempre e solo in una direzione (Uniflow, freccia verde nell’immagine 4/B) – in compressione ciò avviene per via dell’immersione dello stelo e della chiusura della valvola antiritorno nella «valvola di fondo» e in estensione per via della chiusura della valvola antiritorno del cilindro di lavoro.

Immagine 5: Valvola interna EDC in compressione; 1) molla con cono valvola , 2) flusso di olio in bypass, 3) flusso d’olio principale.

La valvola proporzionale richiede una corrente di funzionamento compresa tra 0,24 A e 2,0 A. Più elevata è l’intensità di corrente, più rigida è l’ammortizzazione. In questo caso, la molla del cono valvola della valvola proporzionale del CDC-i avrà una precarica più elevata (immagine 5/1). Il flusso di olio viene bloccato dalla valvola bypass (immagine 5/2) - l’ammortizzatore diventa più duro.
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